JP7309288B2 - 制振ダンパの試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１部材及び第２部材が軸線方向に相対変位することによって振動を抑制する制振ダンパを試験する制振ダンパの試験装置に関する。

従来の制振ダンパの試験装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この試験装置は、マスダンパを対象としており、水平に延びる支持フレームと、マスダンパを加振するアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御装置を備える。支持フレームは、鋼材から成る複数のフレーム材を井桁状に組み立てたものである。アクチュエータは、所定の加振性能（最大荷重、最大振幅や最大速度）を有しており、支持フレーム内の一方の側に配置されている。

マスダンパは、ボールねじ式のものであり、内筒と、内筒に対して移動自在のねじ軸と、ねじ軸の移動に伴って回転する回転マスを有する。内筒は、支持フレームの他方の側に連結され、ねじ軸は、連結部材を介してアクチュエータに連結されている。また、この試験装置には、連結部材に作用する荷重をダンパ反力として検出するロードセルや、マスダンパの内筒に対するねじ軸の相対変位をダンパ変位として検出する変位センサが設けられている。

この構成によれば、マスダンパの性能試験を行う際には、制御装置による制御の下、アクチュエータが駆動され、その加振力が連結部材を介してマスダンパに入力され、マスダンパが作動する。そして、ロードセルで検出されたダンパ反力や、変位センサで検出されたダンパ変位などに基づいて、マスダンパの性能が評価される。

特開２０１７－３６９８２号公報

上述したように、従来の試験装置では、アクチュエータがダンパの一端側に直列に連結されているため、アクチュエータの加振性能（最大荷重、最大振幅や最大速度）が、そのまま試験装置の加振性能になる。このため、試験装置の加振性能に限界が生じ、例えば、所望の試験条件に対し、最大振幅や最大速度が不足する場合がある。

そのような場合、アクチュエータの変位を増幅する増幅機構、例えばパンタグラフ式の増幅機構を用いることが考えられる。しかし、パンタグラフ式の増幅機構は、その形状が直線に近い状態では特に、幾何学的に非線形になるという特性を有するため、アクチュエータの出力波形を例えば正弦波としても、ダンパへの入力波形は正弦波にならず、試験を良好に行うことができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、制振ダンパに入力される増幅倍率を一定に保ったままアクチュエータの加振による変位を増幅しながら制振ダンパに入力でき、それにより、加振性能の高速化によって試験を良好に行うことができる制振ダンパの試験装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、第１部材及び第２部材が軸線方向に相対変位することによって振動を抑制する制振ダンパを試験する制振ダンパの試験装置であって、軸線方向に互いに間隔を隔てて配置された不動の第１反力壁及び第２反力壁と、軸線方向に互いに間隔を隔てて配置され、回転不能かつ軸線方向に移動自在の第１可動体及び第２可動体と、制振ダンパの第１及び第２部材の間の相対変位を増幅するためのボールねじ機構と、を備え、ボールねじ機構は、第１及び第２可動体にそれぞれ設けられ、互いに同軸状に配置された第１ナット及び第２ナットと、第１及び第２ナットにボールを介してそれぞれ噛み合い、第１ボールねじ及び第２ボールねじをそれぞれ構成する第１ねじ及び第２ねじを有し、第２反力壁に回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されたねじ軸と、を有し、第１ボールねじと第２ボールねじは、互いに逆ねじの関係に設定され、制振ダンパは第１及び第２可動体の間に配置され、第１及び第２部材は第１及び第２可動体にそれぞれ連結されており、試験装置は、第１反力壁と第１可動体の間に配置され、第１可動体を介して制振ダンパを軸線方向に加振するためのアクチュエータをさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、制振ダンパの試験時、アクチュエータを作動させると、その加振力によって、第１可動体及び制振ダンパの第１部材が軸線方向に変位（振動）する。この第１可動体の変位が、ボールねじ機構の第１ボールねじ（第１ナット及び第１ねじ）により、ねじ軸の回転運動に変換されることによって、ねじ軸が回転する。また、このねじ軸の回転が、第２ボールねじ（第２ねじ及び第２ナット）により、第２可動体の直線運動に変換されることによって、第２可動体が軸線方向に変位し、制振ダンパの第２部材を駆動する。

この場合、本発明によれば、第１ボールねじと第２ボールねじが互いに逆ねじの関係（例えば一方が右ねじの場合、他方は左ねじ）にあるため、第２可動体は第１可動体に対して逆方向に変位し、それらに連結された制振ダンパの第１部材及び第２部材もまた、互いに逆方向に変位する。その結果、制振ダンパの第１及び第２部材の相対変位（以下、適宜「制振ダンパの相対変位」という）は、第１可動体の変位Ｄ１（絶対値）と第２可動体の変位Ｄ２（絶対値）の和になり、第２可動体の変位Ｄ２の分だけ、アクチュエータの変位が増幅される。

また、第２可動体の変位Ｄ２と第１可動体の変位Ｄ１との比（＝Ｄ２／Ｄ１）は、第２ボールねじのリードＬ２と第１ボールねじのリードＬ１との比（＝Ｌ２／Ｌ１）に等しい。以上から、変位増幅率（アクチュエータの変位に対する制振ダンパの相対変位の増幅率）ＲＡは、次式（１）で表される。
ＲＡ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１ ・・・（１）

以上のように、本発明の試験装置によれば、アクチュエータと制振ダンパの間に設けられたボールねじ機構の第１及び第２ボールねじの作用により、制振ダンパに入力される増幅倍率を一定に保ったまま、アクチュエータの加振による変位を増幅しながら制振ダンパに入力できる。これにより、加振性能の高速化によって試験を良好に行うことができる。また、アクチュエータ自身の加振性能の強化を必要とすることなく、既存のアクチュエータをそのまま用いることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制振ダンパの試験装置において、第２ボールねじのリードは、第１ボールねじのリードよりも大きな値に設定されていることを特徴とする。

前述したように、請求項１の試験装置では、変位増幅率ＲＡは、前記式（１）で表され、第２可動体の変位Ｄ２が相対的に大きいほど、より大きい。また、第２可動体の変位Ｄ２は、第１ボールねじのリードＬ１に対して第２ボールねじのリードＬ２が大きいほど、より大きくなる。したがって、この構成によれば、第２ボールねじのリードを、第１ボールねじのリードよりも大きな値に設定することによって、より大きな変位増幅率を得ることができ、加振性能をさらに高速化することができる。

また、前記目的を達成するため、請求項３に係る発明は、第１部材及び第２部材が軸線方向に相対変位することによって振動を抑制する制振ダンパを試験する制振ダンパの試験装置であって、軸線方向に互いに間隔を隔てて配置された不動の第１反力壁及び第２反力壁と、軸線方向に互いに間隔を隔てて配置され、回転不能かつ軸線方向に移動自在の第１可動体及び第２可動体と、制振ダンパの第１及び第２部材の間の相対変位を増幅するためのボールねじ機構と、を備え、ボールねじ機構は、第１及び第２可動体にそれぞれ設けられ、互いに同軸状に配置された第１ナット及び第２ナットと、第１及び第２ナットにボールを介してそれぞれ噛み合い、第１ボールねじ及び第２ボールねじをそれぞれ構成する第１ねじ及び第２ねじを有し、第２反力壁に回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されたねじ軸と、を有し、第２ボールねじのリードは、第１ボールねじのリードよりも大きな値に設定され、第２可動体に対して第１反力壁と反対側にダンパ用反力壁が設けられ、制振ダンパは第２可動体とダンパ用反力壁の間に配置され、第１及び第２部材は第２可動体及びダンパ用反力壁にそれぞれ連結されており、試験装置は、第１反力壁と第１可動体の間に配置され、第１可動体を介して制振ダンパを軸線方向に加振するためのアクチュエータをさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、制振ダンパの試験時、アクチュエータを作動させると、その加振力によって、第１可動体が軸線方向に変位（振動）する。この第１可動体の変位が、ボールねじ機構の第１ボールねじ（第１ナット及び第１ねじ）により、ねじ軸の回転運動に変換されることによって、ねじ軸が回転する。また、このねじ軸の回転が、第２ボールねじ（第２ねじ及び第２ナット）により、第２可動体の直線運動に変換されることによって、第２可動体が軸線方向に変位し、制振ダンパの第１部材を駆動する。

この場合、本発明によれば、第２ボールねじのリードＬ２が第１ボールねじのリードＬ１よりも大きいため、第２可動体の変位Ｄ２は、第１可動体の変位Ｄ１、すなわちアクチュエータの変位に対して増幅され、その比Ｄ２／Ｄ１は、第２ボールねじのリードＬ２と第１ボールねじのリードＬ１との比（＝Ｌ２／Ｌ１）に等しい。また、制振ダンパの第２部材がダンパ用反力壁に連結されているため、変位増幅率（アクチュエータの変位に対する制振ダンパの相対変位の増幅率）ＲＡは、上記比Ｄ２／Ｄ１に等しい。以上から、変位増幅率ＲＡは、次式（２）で表される。
ＲＡ＝Ｄ２／Ｄ１＝Ｌ２／Ｌ１ ・・・（２）
前記式（１）との比較から明らかなように、この変位増幅率ＲＡは、同一のリードの条件での請求項１の試験装置による変位増幅率ＲＡよりも小さい。

以上のように、本発明の試験装置によれば、請求項１の試験装置と比較して変位増幅率は低いものの、請求項１の試験装置と同様、ボールねじ機構の第１及び第２ボールねじの作用により、制振ダンパに入力される増幅倍率を一定に保ったまま、アクチュエータの加振による変位を増幅しながら制振ダンパに入力できる。これにより、加振性能の高速化によって試験を良好に行うことができる。また、アクチュエータ自身の加振性能の強化を必要とすることなく、既存のアクチュエータをそのまま用いることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の制振ダンパの試験装置において、ボールねじ機構は、互いに並列に設けられた複数のボールねじ機構で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ボールねじ機構として、互いに並列の複数のボールねじ機構が設けられているため、制振ダンパの反力が、複数のボールねじ機構の複数のねじ軸などによって分担して支持される。したがって、ボールねじ機構の数を適切に設定することにより、制振ダンパ反力を過不足なく支持することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の制振ダンパの試験装置において、ねじ軸の座屈を防止するための座屈防止機構をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、試験時に圧縮荷重が作用することによって生じ得るねじ軸の座屈を、座屈防止機構によって有効に防止することができる。

本発明の第１実施形態による試験装置を、マスダンパとともに概略的に示す図である。 図１の試験装置を、異なる動作状態において示す図である。 マスダンパの断面図である。 試験装置の制御装置などを示すブロック図である。 第１実施形態の第１変形例による試験装置を示す、図１と同様の図である。 第１実施形態の第２変形例による試験装置を示す、図１と同様の図である。 本発明の第２実施形態による試験装置を、マスダンパとともに概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による試験装置１を、試験対象である制振ダンパとしてのマスダンパ２１とともに概略的に示している。このマスダンパ２１は、例えば建物などの構造物の振動を抑制するためのものであり、本出願人による特許第５３１４２０１号の図３などに記載されたマスダンパと同様に構成されている。まず、このマスダンパ２１の構成及び動作について、簡単に説明する。

図３に示すように、マスダンパ２１は、内筒２２、ボールねじ２３、回転マス２４、及び制限機構２５を有する。内筒２２は、円筒状の鋼材で構成されている。内筒２２の一端部は開口しており、他端部は、自在継ぎ手を介して第２フランジ２７に取り付けられている。

また、ボールねじ２３は、ねじ軸２３ａと、ねじ軸２３ａに多数のボール２３ｂを介して回転可能に螺合するナット２３ｃを有する。ねじ軸２３ａの一端部は、上述した内筒２２の開口に収容されており、ねじ軸２３ａの他端部は、自在継ぎ手を介して第１フランジ２６に取り付けられている。また、ナット２３ｃは、軸受け２８を介して、内筒２２に回転可能に支持されている。なお、図１では、マスダンパ２１の主要な要素のみに符号を付している。

回転マス２４は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス２４は、内筒２２及びボールねじ２３の外周側に同軸状に配置され、軸受け２９を介して、内筒２２に回転可能に支持されている。回転マス２４と内筒２２の間には、一対のリング状のシール３０、３０が設けられている。これらのシール３０、３０、回転マス２４及び内筒２２によって形成された空間には、シリコンオイルで構成された粘性体３１が充填されている。

以上のように構成されたマスダンパ２１では、内筒２２及びねじ軸２３ａの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ２３で回転運動に変換された状態で、制限機構２５を介して回転マス２４に伝達されることによって、回転マス２４が回転する。それにより、回転マス２４による回転慣性質量効果と、粘性体３１のせん断抵抗による粘性減衰効果によって、構造物などの振動を抑制する制振性能が発揮される。

制限機構２５は、リング状の回転滑り材２５ａと、複数のねじ２５ｂ及びばね２５ｃ（２つのみ図示）で構成されている。マスダンパ２１の軸線方向に作用する荷重（以下「軸荷重」という）が、ねじ２５ｂの締付度合に応じて定まる制限荷重に達するまでは、回転マス２４は、ナット２３ｃと一体に回転する。一方、マスダンパ２１の軸荷重が制限荷重に達すると、回転滑り材２５ａとナット２３ｃ又は回転マス２４との間に滑りが発生する。

次に、図１を参照しながら、試験装置１について説明する。試験装置１は、マスダンパ２１を設置し、所定の条件で加振することにより、マスダンパ２１の性能試験を行うものである。同図に示すように、試験装置１は、不動の第１反力壁２Ａ及び第２反力壁２Ｂと、第１可動フレーム３Ａ及び第２可動フレーム３Ｂと、マスダンパ２１を加振するアクチュエータ４と、加振時にアクチュエータ４の変位を増幅し、マスダンパ２１に入力するための複数のボールねじ機構５を備えている。

第１及び第２反力壁２Ａ、２Ｂは、Ｈ鋼などの複数の鋼材を組み立てることにより形成され、高い剛性を有しており、基礎プレート６上に一体に立設され、左右方向に互いに間隔を隔てて配置されている。右側の第２反力壁２Ｂには、複数のボールねじ機構５のねじ軸１１を支持するための複数の支持ブロック部７が設けられている。

第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂはそれぞれ、複数の鋼板を互いに連結し、フレーム状に組み立てたものであり、互いに対向する左右一対の外板３ｃ、３ｃと、外板３ｃ、３ｃの上下方向の中心間に連結された中板３ｄと、外板３ｃ、３ｃの下端部間に連結された底板３ｅなどを有する。第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂは、第１及び第２反力壁２Ａ、２Ｂの間に、第１反力壁２Ａ側から順に配置されている。

また、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの各底板３ｅにはガイド８が下方に突出するように設けられ、これらのガイド８、８が、基礎プレート６上に左右方向に延びるように設けられたレール９に係合している。この構成により、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂは、ガイド８を介して、レール９に回転不能に支持されるとともに、レール９に沿って左右方向に移動自在に案内される。

図１に示すように、前述したマスダンパ２１は、試験時に、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの間に設置される。具体的には、マスダンパ２１の第１フランジ２６が第１可動フレーム３Ａの外板３ｃの中心に一体に連結され、第２フランジ２７が第２可動フレーム３Ｂの外板３ｃの中心に一体に連結される。

アクチュエータ４は、例えば複動式の直線運動を行う油圧シリンダで構成されたダイナミックアクチュエータであり、所定の加振性能、例えば最大荷重：±３０００ｋＮ、最大振幅：±１００ｍｍ、最大速度：±３００ｍｍ／ｓの性能を有する。

アクチュエータ４は、シリンダ４ａと、シリンダ４ａに対して伸縮自在のピストン部４ｂを有する。ピストン部４ｂは、シリンダ４ａ内を摺動するピストン（図示せず）に順に一体に連結されたピストンロッド及びピストンヘッドで構成されている。アクチュエータ４は、第１反力壁２Ａと第１可動フレーム３Ａの間に配置されており、具体的には、シリンダ４ａが第１反力壁２Ａに一体に連結され、ピストン部４ｂのピストンヘッドが第１可動フレーム３Ａの外板３ｃの中心に一体に連結されている。

以上の構成により、アクチュエータ４は、作動時、ピストン部４ｂが左右方向に往復動することにより、第１可動フレーム３Ａを介して、マスダンパ２１を軸線方向に加振する。

図１に示すように、複数のボールねじ機構５（２つのみ図示）の各々は、第１ナット１０Ａ、第２ナット１０Ｂ及びねじ軸１１を有する。第１ナット１０Ａは、第１可動フレーム３Ａの外板３ｃ、３ｃの間に固定されている。第２ナット１０Ｂは、第２可動フレーム３Ｂの外板３ｃ、３ｃの間に固定され、第１ナット１０Ａと同軸状に配置されている。

ねじ軸１１は、図１の左側の部分に第１ねじ１２Ａを有し、右側の部分に第２ねじ１２Ｂを有する。第１ねじ１２Ａは、ボール（図示せず）を介して第１ナット１０Ａに噛み合っており、第１ナット１０Ａ、ボール及び第１ねじ１２Ａによって、第１ボールねじ１３Ａが構成されている。第２ねじ１２Ｂは、ボール（図示せず）を介して第２ナット１０Ｂに噛み合っており、第２ナット１０Ｂ、ボール及び第２ねじ１２Ｂによって、第２ボールねじ１３Ｂが構成されている。

第１ボールねじ１３Ａと第２ボールねじ１３Ｂは、互いに逆ねじの関係にあり、図１の例では、第１ボールねじ１３Ａは右ねじに設定され、第２ボールねじ１３Ｂは左ねじに設定されている。また、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２は、第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１よりも大きく、例えばＬ１＝２５ｍｍ、Ｌ２＝６０ｍｍに設定されている。

ねじ軸１１は、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの左右両側に延びており、右端部において、第２反力壁２Ｂの支持ブロック部７に、ラジアル軸受け１４及びスラスト軸受け１５を介して回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されている。また、ねじ軸１１の第１ねじ１２Ａと第２ねじ１２Ｂの間の部分は、ねじ軸１１の座屈を防止するために、第１及び第２ねじ１２Ａ、１２Ｂよりも断面が大きい座屈防止部１６になっている。

試験装置１はさらに、ロードセル１７及び変位センサ１８を備えている（図４参照）。ロードセル１７は、アクチュエータ４の先端に設けられ、アクチュエータ４から第１可動フレーム３Ａを介してマスダンパ２１に作用する荷重を、マスダンパ２１の反力（以下「ダンパ反力」という）ＰＭＤとして検出し、その検出信号を制御装置２０に出力する。

変位センサ１８は、マスダンパ２１の内筒２２に対するねじ軸２３ａの変位（以下「ダンパ変位」という）ＤＭＤを検出し、その検出信号を制御装置２０に出力する。制御装置２０は、アクチュエータ４を駆動するための電源や、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェースなどの組み合わせで構成されている。

以上の構成の試験装置１では、試験体であるマスダンパ２１を第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの間に、前述したようにセットするとともに、制御装置２０による制御の下、アクチュエータ４を作動させ、所定の波形（正弦波や地震応答波）及び大きさの条件でマスダンパ２１を加振することによって、試験が行われる。そして、試験中にロードセル１７及び変位センサ１８で検出されたダンパ反力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤに応じて、マスダンパ２１の最大速度抵抗力、減衰係数や回転慣性質量などが算出され、マスダンパ２１の性能が評価される。

次に、この試験中のアクチュエータ４の加振に応じた試験装置１の機械的な動作について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は、アクチュエータ４のピストン部４ｂが最も左側に位置し、それに伴い、第１可動フレーム３Ａとマスダンパ２１のねじ軸２３ａもまた最も左側に位置している状態を示す。

アクチュエータ４が作動し、ピストン部４ｂが図１の位置から右方に移動すると、ガイド８及びレール９の案内により、第１可動フレーム３Ａ及びマスダンパ２１のねじ軸２３ａは、ピストン部４ｂと同じ量、右方に変位（移動）する（図１の矢印Ｘ１）。この第１可動フレーム３Ａの変位は、複数のボールねじ機構５の各々において、第１ボールねじ１３Ａ（第１ナット１０Ａ及び第１ねじ１２Ａ）によりねじ軸１１の回転運動に変換され、それにより、ねじ軸１１が回転する。また、このねじ軸１１の回転は、第２ボールねじ１３Ｂ（第２ねじ１２Ｂ及び第２ナット１０Ｂ）により、第２可動フレーム３Ｂの直線運動に変換され、それにより、第２可動フレーム３Ｂが、ガイド８及びレール９の案内により変位し、マスダンパ２１の内筒２２を駆動する。

この場合、本実施形態では、第１ボールねじ１３Ａと第２ボールねじ１３Ｂが互いに逆ねじの関係にあるため、第２可動フレーム３Ｂは、常時、第１可動フレーム３Ａと逆方向に変位し、それらに連結されたマスダンパ２１のねじ軸２３ａと内筒２２もまた、互いに逆方向に変位する。例えば、図１の状況では、第１可動フレーム３Ａ及びねじ軸２３ａが右方に変位する（矢印Ｘ１）のに対し、第２可動フレーム３Ｂ及び内筒２２は左方に変位する（矢印Ｘ２）。その結果、マスダンパ２１の内筒２２とねじ軸２３ａとの間の相対変位は、第１可動フレーム３Ａの変位Ｄ１（絶対値）と第２可動フレーム３Ｂの変位Ｄ２（絶対値）の和になり、後者３Ｂの変位Ｄ２の分だけ、アクチュエータ４の変位が増幅される。

また、本実施形態では、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２が第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１よりも大きな値に設定されているため、アクチュエータ４の変位に対する、マスダンパ２１の内筒２２とねじ軸２３ａとの間の相対変位の増幅率（以下「変位増幅率」という）ＲＡは、より大きくなる。以下、この点について説明する。

前述したように、第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１＝２５ｍｍ、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２＝６０ｍｍとし、アクチュエータ４が例えばリードＬ１に等しい２５ｍｍ、右方に変位したとすると、ねじ軸２３ａが同じ量（＝２５ｍｍ）、変位するとともに、第１ボールねじ１３Ａの作用により、ねじ軸１１が１回転し、それに伴い、第２ボールねじ１３Ｂの作用により、そのリードＬ２に等しい６０ｍｍ、第２可動フレーム３Ｂ及び内筒２２が左方に変位する。したがって、このときの変位増幅率ＲＡは、ＲＡ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１＝（２５＋６０）／２５＝３．４になり、非常に大きな増幅率が得られる。

したがって、前述したアクチュエータ４の加振性能（最大荷重：±３０００ｋＮ、最大振幅：±１００ｍｍ、最大速度：±３００ｍｍ／ｓ）に対し、マスダンパ２１に入力される最大荷重は±３０００／３．４＝約８８２ｋＮに低下するものの、最大振幅及び最大速度をそれぞれ３．４倍である±３４０ｍｍ、±１０２０ｍｍ／ｓに増幅することができる。

以上のように、本実施形態の試験装置１によれば、アクチュエータ４とマスダンパ２１の間に設けられたボールねじ機構５の第１及び第２ボールねじ１３Ａ、１３Ｂの作用により、アクチュエータ４の加振による変位を増幅しながらマスダンパ２１に入力することができる。この場合、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２を第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１よりも大きな値に設定することによって、より大きな変位増幅率ＲＡを得ることができる。

以上のように、制振ダンパに入力される増幅倍率を一定に保ったまま、アクチュエータ４の加振による変位を増幅しながらマスダンパ２１に入力でき、それにより、加振性能の高速化によって試験を良好に行うことができる。また、アクチュエータ４自身の加振性能の強化を必要とすることなく、既存のアクチュエータをそのまま用いることができる。

さらに、ボールねじ機構５として、互いに並列の複数のボールねじ機構５が設けられており、マスダンパ２１の反力などが、複数のボールねじ機構５の複数のねじ軸１１などによって分担して支持される。したがって、ボールねじ機構５の数を適切に設定することにより、マスダンパ２１の反力を過不足なく支持することができる。

また、各ねじ軸１１に設けられた座屈防止部１６により、試験時に圧縮荷重が作用することによって生じ得るねじ軸の座屈を有効に防止することができる。さらに、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの底板３ｅに設けられたガイド８とレール９によって、第１及び第２可動アクチュエータ３Ａ、３Ｂを回転不能に支持するとともに、軸線方向に円滑に案内することができる。

次に、図５を参照しながら、第１実施形態の第１変形例による試験装置４１について説明する。この試験装置４１は、図１の第１実施形態の試験装置１と比較し、各ボールねじ機構５のねじ軸１１の第１及び第２ねじ１２Ａ、１２Ｂの間に設けられていた座屈防止部１６を省略し、ねじ軸１１のこの部分を中央の反力壁２Ｃで支持する点が、主として異なる。

この中央の反力壁２Ｃは、Ｈ鋼などの複数の鋼材をブレースとともに組み立てたものであり、高い剛性を有する。一方、各ボールねじ機構５のねじ軸１１の第１及び第２ねじ１２Ａ、１２Ｂの間の部分は、他の部分とほぼ同じ径の、表面にねじを有しない平滑部１１ａになっている。そして、各ねじ軸１１は、この平滑部１１ａにおいて、ラジアル軸受け４２及びスラスト軸受け４３を介して、反力壁２Ｃに回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されている。他の構成は、第１実施形態と同じである。

この試験装置４１によれば、各ボールねじ機構５のねじ軸１１の一端部が、ラジアル軸受け１４及びスラスト軸受け１５を介して、第２反力壁２Ｂに支持されるのに加えて、ねじ軸１１の中央の平滑部１１ａが、ラジアル軸受け４２及びスラスト軸受け４３を介して、反力壁２Ｃに支持されている。これにより、ねじ軸１１を回転自在かつ軸線方向に移動不能により安定的かつ円滑に支持することができる。なお、反力壁２Ｃのスラスト軸受け４３は省略してもよい。

また、ねじ軸１１の中央部が反力壁２Ｃのラジアル軸受け４２、４２の間に通されることで、ねじ軸１１の座屈を有効に防止することができる。すなわち、反力壁２Ｃは、座屈防止機構としても機能する。また、第１実施形態の座屈防止部１６は、断面積が大きく、ねじ軸１１と一緒に回転することで、大きな回転慣性モーメントが発生するのに対し、この試験装置４１ではそのような不具合を回避することができる。

次に、図６を参照しながら、第１実施形態の第２変形例による試験装置５１について説明する。この試験装置５１は、上述した第１変形例の試験装置４１と比較し、第２反力壁２Ｂに設けられていた支持ブロック部７、ラジアル軸受け１４及びスラスト軸受け１５を省略した点が、主として異なる。

具体的には、ボールねじ機構５の各ねじ軸１１は、第１変形例と同様、その中央部において、ラジアル軸受け４２及びスラスト軸受け４３を介して、反力壁２Ｃに回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されている。また、ねじ軸１１の右端側は、第２反力壁２Ｂの付近まで延び、フリーの状態になっている。また、第１反力壁２Ａ、支持ブロック部７などを省略した第２反力壁２Ｂ、基礎プレート６、及び上プレート５２は、互いに連結され、支持フレームを構成しており、反力壁２Ｃは、基礎プレート６と上プレート５２に固定されている。

以上の構成の試験装置５１によれば、第１変形例の試験装置４１と同様の動作を得ることができる。また、ラジアル軸受け１４及びスラスト軸受け１５が省略されている分、部品点数及び製造コストの削減を図ることができる。

次に、図７を参照しながら、本発明の第２実施形態による試験装置６１について説明する。この試験装置６１は、第１実施形態と比較し、マスダンパ２１を第２可動フレーム３Ｂとダンパ用反力壁６２の間に配置し、第１実施形態と異なる変位増幅率ＲＡを得るようにした点が、主として異なる。

具体的には、第２反力壁２Ｂは、第１及び第２可動フレーム３Ａ、３Ｂの間に配置され、基礎プレート６に立設されている。各ボールねじ機構５のねじ軸１１は、第２反力壁２Ｂに通されており、第１及び第２ねじ１２Ａ、１２Ｂの間の中央部において、ラジアル軸受け１４及びスラスト軸受け１５を介して、第２反力壁２Ｂに回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持されている。

ダンパ用反力壁６２は、第２可動フレーム３Ｂに対して第１反力壁２Ａと反対側に、図７の例では、左端側に位置する第１反力壁２Ａと反対の右端側に配置されている。ダンパ用反力壁６２は、他の反力壁と同様、Ｈ鋼などの複数の鋼材を組み立てることにより形成され、高い剛性を有しており、基礎プレート６上に一体に立設されている。

マスダンパ２１は、第２可動フレーム３Ｂとダンパ用反力壁６２の間に設置される。具体的には、マスダンパ２１の第１フランジ２６が第２可動フレーム３Ｂの外板３ｃの中心に一体に連結され、第２フランジ２７がダンパ用反力壁６２の上下方向の中心に一体に連結される。

第１ボールねじ１３Ａと第２ボールねじ１３Ｂは、後述する理由から、互いに逆ねじの関係でも、順ねじの関係でもよく、図７の例では、第１及び第２ボールねじ１３Ａ、１３Ｂは、順ねじの関係で、いずれも右ねじに設定されている。また、第１実施形態の試験装置１と同様、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２は、第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１よりも大きく、Ｌ１＝２５ｍｍ、Ｌ２＝６０ｍｍに設定されている。他の構成は、第１実施形態と同じである。

この試験装置６１による試験時、アクチュエータ４が作動し、そのピストン部４ｂが図７の位置から右方に移動すると、それと同じ量、第１可動フレーム３Ａが右方に変位する（図７の矢印Ｙ１）。この第１可動フレーム３Ａの変位が、各ボールねじ機構５の第１ボールねじ１３Ａにより、ねじ軸１１の回転運動に変換され、このねじ軸１１の回転が、第２ボールねじ１３Ｂにより、第２可動フレーム３Ｂの直線運動に変換されることによって、第２可動フレーム３Ｂが変位し、マスダンパ２１のねじ軸２３ａを駆動する。

この場合、本実施形態では、第１ボールねじ１３Ａと第２ボールねじ１３Ｂが互いに順ねじの関係にあるため、第２可動フレーム３Ｂは、常時、第１可動フレーム３Ａと同じ方向に変位し、図７の例では右方に変位する（矢印Ｙ２）。また、前述したように、第１ボールねじ１３ＡのリードＬ１＝２５ｍｍ、第２ボールねじ１３ＢのリードＬ２＝６０ｍｍであることから、アクチュエータ４が例えばリードＬ１に等しい２５ｍｍ、右方に変位すると、各ねじ軸１１ａが１回転し、それに伴い、リードＬ２に等しい６０ｍｍ、第２可動フレーム３Ｂが右方に変位し、マスダンパ２１のねじ軸２３ａを駆動する。マスダンパ２１の内筒２２はダンパ用反力壁６２に固定されている。

したがって、このときの変位増幅率ＲＡは、ＲＡ＝Ｌ２／Ｌ１＝６０／２５＝２．４になり、大きな増幅率が得られるものの、同一のリードの条件での第１実施形態による変位増幅率ＲＡ（＝３．４）よりは小さい。

以上のように、本実施形態の試験装置６１によれば、第１実施形態と比較して変位増幅率ＲＡは低いものの、マスダンパ２１に入力される増幅倍率を一定に保ったまま、アクチュエータ４の加振による変位を増幅しながらマスダンパ２１に入力でき、加振性能の高速化によって試験を良好に行うことができるなど、前述した第１実施形態の効果を同様に得ることができる。

なお、第２実施形態では、第１及び第２ボールねじ１３Ａ、１３Ｂを順ねじの関係に設定しているが、逆ねじの関係に設定してもよい。その場合には、第２可動フレーム３Ｂが第１可動フレーム３Ａと逆の方向に変位することが異なるだけであり、上記と同様の効果を得ることができる。

また、本発明は、説明した実施形態や変形例に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、アクチュエータ４は、油圧シリンダで構成されているが、制振ダンパを加振し、その第１及び第２部材を相対変位させるものであればよく、例えば電動モータで構成してもよい。また、実施形態では、試験対象の制振ダンパとして、マスダンパ２１を用いているが、第１及び第２部材の相対変位によって制振効果を発揮するものであればよく、例えばオイルダンパや粘性ダンパ、粘弾性ダンパ、鋼材ダンパ、摩擦ダンパを用いることが可能である。

また、実施形態では、ボールねじ機構５の設置数を限定していないが、想定される制振ダンパの反力などに応じて適宜、増減して設定することが好ましい。さらに、実施形態では、第１及び第２ナットがそれぞれ設けられる第１及び第２可動体を、可動フレームで構成しているが、フレーム以外の形状のものを用いてもよいことはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 第１実施形態による試験装置
２Ａ 第１反力壁
２Ｂ 第２反力壁
２Ｃ 反力壁（座屈防止機構）
３Ａ 第１可動フレーム（第１可動体）
３Ｂ 第２可動フレーム（第２可動体）
４ アクチュエータ
５ ボールねじ機構
１０Ａ 第１ナット
１０Ｂ 第２ナット
１１ ねじ軸
１２Ａ 第１ねじ
１２Ｂ 第２ねじ
１３Ａ 第１ボールねじ
１３Ｂ 第２ボールねじ
１６ 座屈防止部（座屈防止機構）
２１ マスダンパ（制振ダンパ）
２２ マスダンパの内筒（第２部材）
２３ａ マスダンパのねじ軸（第１部材）
４１ 第１変形例による試験装置
５１ 第２変形例による試験装置
６１ 第２実施形態による試験装置
６２ ダンパ用反力壁（調整部材）
Ｌ１ 第１ボールねじのリード
Ｌ２ 第２ボールねじのリード

Claims (5)

1. 第１部材及び第２部材が軸線方向に相対変位することによって振動を抑制する制振ダンパを試験する制振ダンパの試験装置であって、
   前記軸線方向に互いに間隔を隔てて配置された不動の第１反力壁及び第２反力壁と、
   前記軸線方向に互いに間隔を隔てて配置され、回転不能かつ前記軸線方向に移動自在の第１可動体及び第２可動体と、
   前記制振ダンパの前記第１及び第２部材の間の相対変位を増幅するためのボールねじ機構と、を備え、
   当該ボールねじ機構は、第１及び第２可動体にそれぞれ設けられ、互いに同軸状に配置された第１ナット及び第２ナットと、前記第１及び第２ナットにボールを介してそれぞれ噛み合い、第１ボールねじ及び第２ボールねじをそれぞれ構成する第１ねじ及び第２ねじを有し、前記第２反力壁に回転自在かつ前記軸線方向に移動不能に支持されたねじ軸と、を有し、
   前記第１ボールねじと前記第２ボールねじは、互いに逆ねじの関係に設定され、
   前記制振ダンパは前記第１及び第２可動体の間に配置され、前記第１及び第２部材は前記第１及び第２可動体にそれぞれ連結されており、
   前記試験装置は、前記第１反力壁と前記第１可動体の間に配置され、前記第１可動体を介して前記制振ダンパを前記軸線方向に加振するためのアクチュエータをさらに備えることを特徴とする制振ダンパの試験装置。
2. 前記第２ボールねじのリードは、前記第１ボールねじのリードよりも大きな値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の制振ダンパの試験装置。
3. 第１部材及び第２部材が軸線方向に相対変位することによって振動を抑制する制振ダンパを試験する制振ダンパの試験装置であって、
   前記軸線方向に互いに間隔を隔てて配置された不動の第１反力壁及び第２反力壁と、
   前記軸線方向に互いに間隔を隔てて配置され、回転不能かつ前記軸線方向に移動自在の第１可動体及び第２可動体と、
   前記制振ダンパの前記第１及び第２部材の間の相対変位を増幅するためのボールねじ機構と、を備え、
   当該ボールねじ機構は、第１及び第２可動体にそれぞれ設けられ、互いに同軸状に配置された第１ナット及び第２ナットと、前記第１及び第２ナットにボールを介してそれぞれ噛み合い、第１ボールねじ及び第２ボールねじをそれぞれ構成する第１ねじ及び第２ねじを有し、前記第２反力壁に回転自在かつ前記軸線方向に移動不能に支持されたねじ軸と、を有し、
   前記第２ボールねじのリードは、前記第１ボールねじのリードよりも大きな値に設定され、
   前記第２可動体に対して前記第１反力壁と反対側にダンパ用反力壁が設けられ、
   前記制振ダンパは前記第２可動体と前記ダンパ用反力壁の間に配置され、前記第１及び第２部材は前記第２可動体及び前記ダンパ用反力壁にそれぞれ連結されており、
   前記試験装置は、前記第１反力壁と前記第１可動体の間に配置され、前記第１可動体を介して前記制振ダンパを前記軸線方向に加振するためのアクチュエータをさらに備えることを特徴とする制振ダンパの試験装置。
4. 前記ボールねじ機構は、互いに並列に設けられた複数のボールねじ機構で構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の制振ダンパの試験装置。
5. 前記ねじ軸の座屈を防止するための座屈防止機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の制振ダンパの試験装置。

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